Jahreszeit

Grundidee und Entstehung

Jahreszeiten teilen das Jahr in Perioden, die entweder durch astronomische Daten oder durch charakteristische klimatische Eigenschaften abgegrenzt werden. In den gemäßigten Breiten sind dies meist Frühling, Sommer, Herbst und Winter. In den Tropen treten dagegen vor allem Regenzeiten, Übergangszeiten und Trockenzeiten auf. Die Beschreibung bezieht sich grundsätzlich auf die Nordhalbkugel; auf der Südhalbkugel sind die Jahreszeiten kalendarisch um ein halbes Jahr versetzt.

Die Ursache der Jahreszeiten ist nicht der wechselnde Abstand der Erde von der Sonne, sondern die Neigung der Erdachse gegenüber der Ebene der Erdbahn. Die Erdachse steht derzeit in einem Winkel von etwa 66,6° zur Ekliptikebene; die Äquatorebene ist dadurch um etwa 23,4° beziehungsweise 23° 26' gegenüber der Bahnebene geneigt. Während eines Umlaufs um die Sonne bleibt die Achse wegen der Drehimpulserhaltung nahezu raumfest. Dadurch ändern sich an einem Ort im Jahreslauf der Einstrahlwinkel und die Dauer des Tageslichts.

Je steiler und länger Sonnenlicht auf eine Oberfläche trifft, desto größer ist der Energieeintrag und desto stärker kann sich die Region erwärmen. Die Sonnenhöhe zu Mittag schwankt außerhalb der Polarregionen im Jahreslauf um ±23,4°. Gleichzeitig nimmt die jährliche Schwankungsbreite der Tageslänge mit zunehmender geografischer Breite zu. Deshalb sind die jahreszeitlichen Unterschiede am Äquator gering und zu den Polen hin stärker ausgeprägt; dort können sie bis zur Polarnacht reichen.

Zwischen den Tag-und-Nacht-Gleichen im März und im September ist die Nordhalbkugel der Sonne zugeneigt. Die Sonne steht höher, ihre Strahlung trifft steiler auf die Erdoberfläche, und der Tagbogen liegt länger über dem Horizont. Ein halbes Jahr später ist die Nordhalbkugel der Sonne abgeneigt: Die Sonnenbahn verläuft niedriger, die Strahlung verteilt sich auf eine größere Fläche, und die Bestrahlungsdauer ist kürzer. Die Lufttemperatur reagiert zuerst; wegen der thermischen Trägheit folgen die Bodentemperaturen mit Verzögerung.

Globale Unterschiede und Sonnenabstand

Aus der geografischen Breite ergeben sich solare Klimazonen. Die Tropen liegen zwischen den Wendekreisen bei 23,4° nördlicher beziehungsweise südlicher Breite. Zu den Ektropen gehören Subtropen, Mittelbreiten und ab etwa 66,6° Breite die Polarzonen. In den Tropen spricht man eher von einem Tageszeitenklima, in den Ektropen von einem Jahreszeitenklima. In äquatornahen Tropen lassen sich im Jahreslauf zwei Regenzeiten unterscheiden; mit zunehmender Breite gehen sie ineinander über und bilden die Gipfel einer einzigen Regenzeit.

Auf der Südhalbkugel herrschen entgegengesetzte Jahreszeiten: Wenn im Süden Sommer ist, ist im Norden Winter. Die Stärke der jahreszeitlichen Veränderungen hängt jedoch auch vom Klima und der geografischen Lage ab.

Die Erdbahn ist elliptisch und besitzt nur eine geringe Exzentrizität von 0,0167. Die Erde durchläuft den sonnenfernsten Punkt, das Aphel, in der ersten Juliwoche; den sonnennächsten Punkt, das Perihel, erreicht sie derzeit um den 3. Januar in rund 147,1 Mio. km Entfernung. Im Südwinter liegt das Aphel um den 5. Juli bei rund 152,1 Mio. km. Diese Entfernungsänderung beeinflusst allein die Lichtintensität und ist nicht die Ursache der Jahreszeiten. Gegenwärtig macht sie die Südwinter etwas strenger und die Nordwinter etwas milder, als dies bei einer kreisförmigen Erdbahn der Fall wäre. Entscheidend bleiben Einstrahlwinkel und Bestrahlungsdauer. Für Mitteleuropa liegen die sommerlichen Sonnenhöhen bei etwa 60° bis 65° und die mögliche Sonnenscheindauer in Mitteldeutschland bei 16–17 Stunden; im Winter sind es 13° bis 18° beziehungsweise 7–8 Stunden.

Astronomische Jahreszeiten und Kalender

Astronomisch werden die Jahreszeiten anhand der scheinbaren geozentrischen ekliptikalen Länge der Sonne bestimmt. Dabei wird die scheinbare jährliche Sonnenbahn von einem hypothetischen Beobachtungsort im Erdmittelpunkt aus betrachtet und in vier Abschnitte geteilt. Begrenzungspunkte sind Äquinoktial-Punkte bei 0° und 180° sowie Solstitial-Punkte bei 90° und 270°. Da die Definition geozentrisch ist, beginnt oder endet eine astronomische Jahreszeit weltweit zum selben Zeitpunkt; nur die Uhrzeit unterscheidet sich je nach Zeitzone.

Der astronomische Frühling beginnt bei 0° scheinbarer geozentrischer Sonnenlänge, der Sommer bei 90°, der Herbst bei 180° und der Winter bei 270°. Diese Zeitpunkte entsprechen der Frühlings-Tag-und-Nacht-Gleiche, der Sommer-Sonnenwende, der Herbst-Tag-und-Nacht-Gleiche und der Wintersonnenwende. Die Übereinstimmung mit dem Überschreiten des Himmelsäquators oder der größten Deklination ist wegen der Bewegung der Erde um den Erde-Mond-Schwerpunkt, der ekliptikalen Sonnenbreite sowie Aberration und Nutation nicht exakt.

Ein tropisches Jahr, also die Zeit von einem astronomischen Frühlingsanfang zum nächsten, dauert im Mittel 365 Tage, 5 Stunden und 49 Minuten. Deshalb verschiebt sich der Zeitpunkt gegenüber dem Vorjahr um knapp 6 Stunden. Nach vier Jahren ergibt sich nahezu ein ganzer Tag. Der julianische Kalender führte daher einen Schalttag alle vier Jahre ein. Diese Korrektur war durchschnittlich um etwa 44 Minuten zu groß, denn 4 · 5 h 49 m ergeben 23 h 16 m. Im gregorianischen Kalender wird der Schalttag in drei von vier Säkularjahren ausgelassen; 1700, 1800 und 1900 waren keine Schaltjahre, 2000 war eines. Das gregorianische Kalenderjahr dauert durchschnittlich 365,2425 Tage.

Daher können die astronomischen Jahreszeiten in der Mitteleuropäischen Zeitzone auf unterschiedliche Kalendertage fallen. Im 21. Jahrhundert kann der Sommeranfang auf den 20. oder 21. Juni, der Herbstanfang auf den 22. oder 23. September, der Winteranfang auf den 21., 22. oder 23. Dezember und der Frühlingsanfang auf den 19., 20. oder 21. März fallen. Beispielsweise trat der Frühlingsanfang 2011 letztmals in diesem Jahrhundert am 21. März auf; 2048 wird er erstmals auf den 19. März fallen. Der Sommeranfang fiel 2020 erstmals auf den 20. Juni, und 2084 wird erstmals seit 1696 der 20. Dezember Winteranfang sein.

Dauer und langfristige Verschiebung

Die astronomischen Jahreszeiten sind unterschiedlich lang, weil die Erde ihre leicht elliptische Bahn nicht überall gleich schnell durchläuft. Derzeit ist auf der Nordhalbkugel der Winter mit etwa 89 Tagen die kürzeste Jahreszeit, der Sommer mit knapp 94 Tagen die längste. Vor einem Jahrtausend waren Herbst beziehungsweise Frühling die kürzesten beziehungsweise längsten Jahreszeiten. Im Jahr 1246 fielen Perihel und Wintersonnenwende zusammen; damals waren Winter und Herbst gleich lang sowie Sommer und Frühling gleich lang. Der Winter bleibt voraussichtlich bis etwa 6430 die kürzeste Jahreszeit und erreicht um das Jahr 3500 mit 88,71 Tagen seine geringste Länge.

Die Erdachse führt durch die Gezeitenkräfte von Sonne und Mond eine Präzessionsbewegung aus. Ihre Neigung bleibt im Wesentlichen konstant, aber die Richtung der Neigung dreht sich in etwa 26.000 Jahren einmal um 360°. Dadurch ändert sich nicht die Abfolge der Jahreszeiten, sondern der Abschnitt der Erdbahn, in dem sie auftreten. Zusätzlich dreht sich die Apsidenlinie durch Bahnstörungen anderer Planeten in gut 111.000 Jahren einmal rechtläufig. Infolge der gegenläufigen Bewegungen durchläuft das Perihel in rund 21.000 Jahren einmal alle Jahreszeiten. In etwa 10.000 Jahren wird der sonnennächste Bahnpunkt mit der nördlichen Sommersonnenwende zusammenfallen. Dann werden die Winter der Nordhalbkugel länger und sonnenferner, die Winter der Südhalbkugel kürzer und sonnennäher sein.

Der gregorianische Kalender folgt dieser langfristigen Verschiebung, weil seine mittlere Jahreslänge von 365,2425 Tagen ungefähr der Länge des tropischen Jahres von 365,2422 Tagen entspricht. Deshalb bleibt der 21. März in der Nähe des astronomischen Frühlingsanfangs. In etwa 13.000 Jahren werden beispielsweise die heutigen Wintersternbilder wie Orion in einem entsprechenden Bahnabschnitt als Sommersternbilder erscheinen.

Meteorologische, phänologische und kulturelle Einteilungen

Meteorologische Jahreszeiten dienen der Wetterstatistik und umfassen jeweils drei vollständige Kalendermonate. Sie beginnen dadurch etwa drei Wochen früher als die astronomischen Jahreszeiten: Frühling vom 1. März bis 31. Mai, Sommer vom 1. Juni bis 31. August, Herbst vom 1. September bis 30. November und Winter vom 1. Dezember bis 28. beziehungsweise 29. Februar. Diese Einteilung erleichtert die statistische Erfassung und richtet sich nicht nach einzelnen aktuellen Wetterveränderungen.

Die phänologische Einteilung beschreibt den Entwicklungsstand der Natur. Für Mitteleuropa werden zehn phänologische Jahreszeiten unterschieden, die durch das erste Auftreten von Naturereignissen bestimmt werden. Dazu gehören Entwicklungsstadien von Zeigerpflanzen, etwa die Blüte von Haselsträuchern oder Apfelbäumen, sowie Tierbeobachtungen wie der Bienenflug oder der Ruf des Kuckucks. Beginn und Dauer sind regional verschieden und ändern sich von Jahr zu Jahr. Die jahreszeitlichen Bedingungen zeigen sich auch im Holzzuwachs als Jahresringe. Jahrringtabellen ermöglichen dendrochronologische Datierungen; der Hohenheimer Jahrringkalender reicht lückenlos fast 12.500 Jahre zurück.

In Kunst und Kultur werden die vier Jahreszeiten häufig als Allegorien oder Gegenstand von Werken dargestellt. In der bildenden Kunst war dies besonders in der Barockzeit verbreitet, etwa in Botticellis Der Frühling (Primavera), Platzer’ Allegorie der vier Jahreszeiten und Altomontes Die vier Jahreszeiten, Chronos huldigend. Literarische Beispiele sind James Thomsons Seasons (1730) und Goethes Vier Jahreszeiten (1796). In der Musik behandeln Vivaldis Die vier Jahreszeiten (1725), Haydns Oratorium Die Jahreszeiten (1801), Fanny Hensel-Mendelssohn Das Jahr (1840) und Spohrs Programmsymphonie Die Jahreszeiten (1850) das Thema.

Der Ablauf der Jahreszeiten prägt auch Sprache und Lebensvorstellungen: Jugend wird mit Frühling, die Blüte des Lebens mit Sommer und Alter mit Herbst verbunden. In manchen Kulturen gelten andere Einteilungen. Die Samen kennen acht, australische Aborigines in Arnhemland sechs Jahreszeiten. Im Deutschen bezeichnet „fünfte Jahreszeit“ einen Zeitraum mit außergewöhnlichem Lebensrhythmus. In osteuropäischen Kontinentalklimaten sind Frühling und Herbst oft extrem kurz. Im chinesischen Kulturraum liegen Tagundnachtgleichen und Sonnenwenden in der Mitte der Jahreszeiten; der Frühlingsbeginn liegt dort bei einer scheinbaren geozentrischen Sonnenlänge von 315° und fällt auf den 3.–5. Februar.